Rubyでのビット単位のハック

ほとんどすべてのプログラミング言語には、このビット演算子のセットが付属しています。それらに精通していない場合は、IRBで少し時間をかけて試してみてください。それらを学習すると、残りの人生でそれらを使用できるようになります。

実用：構成フラグ

わかりました、わかりました、これはビット単位の数学の最も退屈な使用でなければなりません。しかし、それは最も一般的なものの1つでもあります。 Java、C、またはC ++で記述されたコードとインターフェースをとる必要がある場合は、最終的にビット単位の構成フラグに遭遇します。

1996年で、データベースシステムをゼロから構築したと想像してみてください。映画「サイバーネット」を見たばかりなので、何らかのアクセス制御を組み込むのが良いかもしれないと思います。

ユーザーがDBで実行できるアクションは、読み取り、書き込み、削除、その他5つです。それぞれを個別に設定できるようにする必要があります。読み取りはできるが書き込みや削除はできないユーザーがいる可能性があります。テーブルを書き込むことはできるがドロップすることはできないものがあるかもしれません。

これらの構成フラグを格納する最も効率的な方法は、1バイトのビットとして使用することです。次に、ユーザーはそれらを単純にORして、必要な権限の組み合わせを作成します。

MYDB_READ   = 0b00000001 # These numbers are called bitmasks
MYDB_WRITE  = 0b00000010
MYDB_DELETE = 0b00000100
MYDB_INDEX  = 0b00001000

user.permissions = MYDB_READ | MYDB_WRITE

ちなみに、これはUNIXファイルのパーミッションの処理方法と非常によく似ています。ファイルを読み取り専用にするためだけにマジックナンバーを使用する必要があるのはなぜか疑問に思ったことがある方は、ご存知でしょう。

特定のビットが設定されているかどうかを検出できない限り、構成オプションをビット単位で格納することはあまり役に立ちません。これを行うには、ビット単位のANDを使用します。

ビットが設定されているかどうかを判断するには、ビットマスクでANDを使用します。

あまり実用的ではない使用法（Cプログラマーでない限り）

それでは、数学の魔法を使ってみましょう。

歴史的に、ビット操作は、ある計算の最後の1ミリ秒を絞り込もうとしたときに使用されていました。ご想像のとおり、グラフィックプログラマーや、何よりもパフォーマンスを必要とするその他の人々によって多く使用されていました。

したがって、このような手法は、日常のRuby開発には実用的ではありません。しかし、それでも楽しい学習演習であり、組み込みシステムのプログラミングなどに取り組む場合は、合法的に役立つ可能性があります。より徹底的な治療については、このビットいじりハックのリストを確認してください。

2の累乗による乗算と除算

数値1、2、4、および8の2進表現を見てみましょう。ご覧のとおり、数値を2倍にすることは、すべてのビットを1桁左にシフトすることと同じです。同様に、数を半分にすることは右にシフトすることと同じです。

1、2、48のバイナリ表現

思い出してください。左シフト演算子と右シフト演算子があります。つまり、ビットをシフトするだけで、2の累乗で乗算および除算できるということです。

ビット単位のシフト演算子を使用して、2の累乗で乗算または除算できます

2つの正の整数の平均化

次のように、2つの整数の基本的な加算を行うことができます：（x + y）==（x＆y）+（x | y）==（x ^ y）+ 2 *（x＆y）。平均を計算するために必要なのは、右シフト演算子を介して取得できる2で少し割るだけです。

次のように2つの正の整数を平均化できます：(x&y)+((x^y)>>1)

float Q_rsqrt( float number )
{
    long i;
    float x2, y;
    const float threehalfs = 1.5F;

    x2 = number * 0.5F;
    y  = number;
    i  = * ( long * ) &y;                       // evil floating point bit level hacking
    i  = 0x5f3759df - ( i >> 1 );               // what the fuck? 
    y  = * ( float * ) &i;
    y  = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) );   // 1st iteration
//  y  = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) );   // 2nd iteration, this can be removed

    return y;
}